Webb и Roman. Какие тайны Вселенной разгадают два новых супертелескопа

29 сентября Национальная аэрокосмическая администрация (NASA) США объявила о завершении проектирования нового космического инфракрасного телескопа Roman и начале фазы его сборки и испытаний. Ожидается, что запуск телескопа в космос состоится не позднее мая 2027 г. Его стоимость оценивается в $4 млрд. Телескоп Roman должен будет подхватить эстафету исследований у инфракрасного телескопа Webb, который отправится в космос 18 декабря этого года. Разработка и строительство телескопа Webb заняли четверть века, а его стоимость достигла $10 млрд. Оба телескопа будут расположены на расстоянии 1,5 млн км от Земли (в четыре раза дальше, чем Луна) в так называемой второй точке Лагранжа системы Солнце — Земля. То есть это будут искусственные спутники не Земли, а Солнца. Они будут вращаться вокруг Солнца вместе с Землей, которая сможет удерживать их позади себя и защищать от солнечного излучения.

Главные надежды астрофизиков

Webb и Roman — это самые грандиозные астрофизические проекты за всю историю человечества. По своему значению для науки они сравнимы со знаменитым Большим адронным коллайдером, который обошелся в $10 млрд и на котором в 2012 г. был открыт бозон Хиггса. С помощью космических обсерваторий Webb и Roman ученые надеются приблизиться к разгадкам главных тайн Вселенной и обнаружить следы внеземной жизни. Подчеркнем — это инфракрасные телескопы. Их задача — улавливать космическое тепловое излучение, которое во многих участках своего диапазона вообще не наблюдается с Земли, ибо его поглощает земная атмосфера.

Почему же астрофизики возлагают свои главные надежды именно на инфракрасные космические обсерватории? Видимый свет, который мы воспринимаем своими глазами, излучают достаточно горячие звезды, как наше Солнце. От более холодных объектов тоже исходит излучение, только не видимое, а инфракрасное. И вот сейчас самые большие загадки, волнующие астрофизиков, кроются как раз не в обычных, видимых на небе звездах и галактиках, а в объектах, которые являются или кажутся более холодными.

Телескоп Roman должен будет подхватить эстафету исследований у инфракрасного телескопа Webb, который отправится в космос 18 декабря 2021 г. / NASA


Машина времени с холодильником

Начнем с последних. Что значит "кажутся более холодными"? Вселенная — величайший иллюзионист. Она все вокруг нас отбрасывает в прошлое и охлаждает. И чем дальше мы вглядываемся — тем сильнее космическая иллюзия.

Свет распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью. Поэтому все объекты мы видим не такими, какими они есть сейчас, а такими, какими они были в прошлом, с задержкой на то время, какое понадобилось свету, чтобы дойти от них до нас. Солнце мы видим таким, каким оно было восемь минут назад. А галактики на краю наблюдаемой Вселенной мы видим в миллиардах лет назад. На данный момент самой далекой обнаруженной галактикой считается GN-z11 в созвездии Большой Медведицы. Мы видим ее такой, какой она была 13,4 млрд лет назад — всего лишь через 400 млн лет после Большого Взрыва, в котором родилась Вселенная. Образована GN-z11 очень молодыми и горячими голубыми звездами самого раннего поколения, их возраст всего около 40 млн лет.

Поскольку Вселенная после Большого Взрыва расширяется, то чем дальше галактики, тем быстрее они убегают от нас. Галактики на краю наблюдаемой Вселенной убегают от нас с громадными скоростями, сравнимыми со скоростью света. Из-за этого их свет испытывает очень сильное красное смещение. Голубой свет самых первых звезд приходит к нам смещенным в инфракрасную область спектра. Хотя эти звезды очень горячие, но нам они кажутся еле теплыми. Так, галактика GN-z11 была обнаружена в 2016 г. с помощью космического телеcкопа Hubble только благодаря тому, что он способен видеть в ближнем инфракрасном диапазоне.

Телескоп Webb по чувствительности к инфракрасному излучению превосходит Hubble в 100 раз. Ученые рассчитывают, что это позволит заглянуть еще дальше в прошлое, в эпоху 100-250 млн лет после Большого взрыва. Там можно будет обнаружить рождение самых первых звезд и подробно изучить весь процесс формирования галактик.

Cамой далекой обнаруженной галактикой считается GN-z11 в созвездии Большой Медведицы. Мы видим ее такой, какой она была 13,4 млрд лет назад / NASA

Когда именно образовались первые звезды, сейчас неизвестно. Это один из вопросов, на которые Webb должен дать ответ. Теория предсказывает, что первые звезды были в 30-300 раз массивнее нашего Солнца и в миллионы раз ярче, горели всего несколько миллионов лет, прежде чем взорваться как сверхновые и превратиться в черные дыры.

Понимание первых звезд имеет решающее значение для понимания формирования галактик. За последние десятилетия ученые удостоверились, что в центре каждой галактики находится огромная черная дыра. Одна из гипотез говорит, что эта сверхмассивные черные дыры получились в результате слияния множества черных дыр, в которые превратились первые звезды. Так ли это, поможет выяснить Webb.

Кроме того, беспрецедентная инфракрасная чувствительность Webb позволит астрономам сравнивать самые ранние крохотные зародыши галактик с сегодняшними грандиозными спиральными и эллиптическими формами, помогая нам понять, как галактики формировались на протяжении миллиардов лет.

Ученые рассчитывают, что c помощью Webb смогут заглянуть далеко в прошлое, в эпоху 100-250 млн лет после Большого взрыва / NASA

Самые темные тайны


Это, в свою очередь, даст нам новую информацию о темной материи — важнейшей компоненте галактик, наряду со звездами и черными дырами. Компьютерные модели, созданные учеными для понимания образования галактик, показывают, что они создаются, когда темная материя сливается в сгустки. Темная материя — это невидимая форма материи, общая масса которой во Вселенной в пять раз больше, чем у обычной материи (то есть у звезд, планет и межзвездного газа).

Ученые пытаются определить, из чего состоит темная материя. И тут должен прийти на помощь телескоп Roman. Он внесет ясность, исследуя структуру и распределение как обычной, так и темной материи в пространстве и времени.

Хотя темная материя невидима, она взаимодействует с обычной материей гравитационно. Именно так она и была обнаружена еще в прошлом веке. Roman будет искать проявления гравитационного линзирования, когда сгустки темной материи искажают видимые формы более далеких галактик. Миссия будет измерять местоположение и количество как обычной, так и темной материи в сотнях миллионов галактик. Полученные данные позволят выбрать между разными гипотезами о природе темной материи.

Если темная материя состоит из тяжелых частиц, она должна за короткое время разбиться на комки под действием собственного тяготения. В таком случае Roman должен увидеть формирование зародышей галактик в самом начале космической истории. Если же темная материя состоит из более легких и быстрых частиц, потребуется больше времени, чтобы осесть в сгустки. В таком случае Roman зафиксирует развитие крупномасштабных структур в более позднюю эпоху. Если астрономы смогут сузить круг кандидатов на частицы темной материи, мы будем на шаг ближе к тому, чтобы наконец обнаружить их непосредственно в экспериментах на Земле.

Еще одна загадка, которую поможет разгадать Roman, это темная энергия, которая составляет 72% от всей энергии Вселенной. Именно она ответственна за то, что Вселенная ускоряется с расширением. Это открытие, сделанное путем измерения далеких сверхновых, было удостоено Нобелевской премии по физике за 2011 г. Но природа темной энергии до сих пор вызывает споры. От того, кто прав, зависит ни много ни мало срок жизни Вселенной. Согласно одной популярной гипотезе, через пару десятков миллиардов лет под действием темной энергии Вселенная может испытать Большой разрыв — феерический апокалипсис, в результате которого все на свете (включая звезды, планеты и даже атомы) разорвется на части.

Имея такое же резкое разрешение, как у Hubble, но поле зрения в 100 раз больше, Roman будет создавать невиданные ранее большие изображения Вселенной. Новая миссия продвинет исследование тайны темной энергии способами, недоступными другим телескопам, путем картирования структуры и распределения материи в космосе, а также путем измерения большого количества далеких сверхновых. Результаты покажут, как темная энергия действует во Вселенной и как она менялась за космическую историю. И это позволит определить, какой сценарий конца света самый правдоподобный.

                                                                 Телескоп Roman

Конвейер для поиска инопланетян

Помимо вселенских тайн, Webb и Roman будут заняты еще одним волнительным для человечества вопросом: одиноки ли мы? Оба телескопа будут искать экзопланеты (то есть планеты у других звезд), которые могут быть пригодны для жизни.

На данный момент в результате космических и наземных наблюдений зарегистрированы уже 4846 экзопланет, входящие в состав 3582 планетных систем. Обсерватория Webb возьмется за эту проблему основательно. Инфракрасные наблюдения позволят досконально изучить процесс рождения звезд и формирования протопланетных дисков. Также Webb будет занят поиском экзопланет, определением их масс и диаметров. А главное, он расскажет нам больше об их атмосферах и, возможно, даже найдет строительные блоки для жизни.

Когда планета проходит перед звездой, звездный свет проходит через атмосферу планеты. Атомы и молекулы атмосферы оставляют на спектре света своеобразные "отпечатки пальцев" — линии поглощения. Преимущество инфракрасных наблюдений заключается в том, что именно на инфракрасных длинах волн молекулы в атмосферах экзопланет имеют наибольшее количество спектральных характеристик. Можно надеяться, что Webb найдет планеты с атмосферой, как у нас на Земле, и обнаружит там следы сложных органических молекул. Чем более сложными окажутся эти молекулы, тем выше вероятность, что их произвели живые существа.

Далее примется за дело телескоп Roman. Он продвинет наше понимание экзопланет по трем дополнительным направлениям.

Во-первых, он проверит на эффекты гравитационного микролинзирования 200 млн звезд в направлении центра нашей галактики. Астрономы ожидают, что в результате обзора будут обнаружены тысячи планет в обитаемой зоне их звезд.

Во-вторых, телескоп будет оснащен "звездными очками" — коронографом, способным блокировать блики от звезд. Он позволит получить фотографии планет близлежащих звезд.

В-третьих, Roman будет использовать транзитный метод, отслеживая изменения светимости звезд. Астрономы ожидают, что телескоп обнаружит до 100 тыс. экзопланет, которые периодически заслоняют свои звезды, из-за чего их свет тускнеет.

Телескоп Webb будет занят поиском экзопланет, определением их масс и диаметров

Космическое оригами

James Webb Space Telescope — это совместный проект NASA, Европейского космического агентства (ESA) и Канадского космического агентства. Они получат соответственно 80, 15 и 5% рабочего времени обсерватории. Проект миссии был разработан еще в 1996 г. Телескоп назван в честь Джеймса Уэбба (1906-1992), который возглавлял NASA в 1961-1968 гг. и отвечал за реализации программы "Аполлон".

Изначально запуск намечался на 2007 г., в дальнейшем многократно переносился. Сборка аппарата была закончена только в 2019 г. Период разнообразных испытаний завершился в конце августа 2021 г.

8 сентября NASA, ESA и компания Arianespace назначили запуск обсерватории в космос на 18 декабря. Аппарат будет запущен с помощью ракеты Ariane-5 с европейского космодрома во Французской Гвиане.

Телескоп имеет исполинские размеры и доставил уйму хлопот инженерам. 18 шестиугольных зеркал из бериллия общим диаметром 6,5 м покрыты тонким слоем золота для оптимизации их отражательной способности в инфракрасном диапазоне. Заслонять обсерваторию от солнечного излучения будет развертываемый пятислойный солнцезащитный экран размером 21 на 14 м. Телескоп настолько большой, что его будут вынуждены сложить, как оригами, чтобы уместить в ракету, диаметр которой составляет 5,4 м.

После вывода в космос телескоп начнет четырехнедельный полет ко второй точке Лагранжа в системе Солнце — Земля, где и будет работать. Когда Webb достигнет пункта назначения, его сегменты будут раскрыты один за другим. Приборам нужно будет охладиться, это займет немало времени. Затем они пройдут ряд "тренировочных упражнений" и только после этого будут введены в эксплуатацию. Суммарно между запуском и получением первой научной информации пройдет около полугода. Срок работы телескопа должен составить не менее пяти лет.

Nancy Grace Roman Space Telescope — проект NASA, разработанный в 2010 г. Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман (1925-2018), которая проработала в NASA 21 год и считается матерью космического телескопа Hubble. Главное зеркало телескопа Roman диаметром 2,4 м уже готово. Ожидается, что полетное оборудование будет готово в 2024 г., после чего начнется сборка всего телескопа и его испытания.

Запуск обсерватории Roman планируется осуществить не позднее мая 2027 г. c помощью американской ракеты с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида). Срок работы телескопа должен составить тоже не менее пяти лет.

Астрономы: телескоп «Джеймс Уэбб» способен увидеть «рассвет» Вселенной

Астрономы измерили яркость шести самых отдалённых галактик и предположили, что самые первые из них могли появиться уже через 250—350 миллионов лет после Большого взрыва. Исследователи считают, что чувствительности телескопа «Джеймс Уэбб» будет достаточно для наблюдения за этим ранним звездообразованием. Это поможет установить время начала «космического рассвета».  Согласно общепринятой космологической модели, вселенная появилась 13,8 миллиардов лет назад в результате Большого Взрыва. Период с зарождения Вселенной до появления первых звёзд астрофизики называют «тёмными веками». Исследователи точно не знают, сколько длился этот период. В 2018 году астрономы предположили, что Вселенная «зажглась» спустя 180 миллионов лет после своего рождения, но фактических подтверждений этому не существует. Вопрос о времени окончания «тёмных веков» и начале «космического рассвета» всё ещё остаётся одним из главных вопросов космологии. Чтобы ответить на него, международная команда исследователей под руководством Кембриджского университета собрала и изучила изображения шести самых отдалённых от Земли галактик, полученных на космические телескопы «Хаббл» и «Спитцер». Также в массив данных исследователи включили спектроскопические измерения света этих галактик, собранные при помощи чилийского телескопа ALMA, «Чрезвычайно большого телескопа» и обсерваторий «Кека» и «Джемини». 

Анализ собранных данных показал, что изученные галактики находятся на моменте, когда Вселенной было около 550 миллионов лет. Возраст самих галактик на момент наблюдения колеблется в пределах 200—300 миллионов лет. Исходя из полученных данных, астрономы предположили, что «космический рассвет» произошёл примерно 250—350 миллионов лет после Большого взрыва.

Оценка возраста галактик основывалась на определении количества водорода в их составе. Концентрация водорода растёт вместе с возрастом галактики, но снижается, когда она достигает возраста в миллиард лет. Этот процесс напрямую связан с рождением и смертью звёзд, являющихся основным источником водорода.

Исследователи отметили, что светимость ранних галактик достаточно высока, чтобы их смог обнаружить телескоп «Джеймс Уэбб». Это может быть связано со звёздами населения III — первой предполагаемой группой звёзд во Вселенной. Она отличается от современных звёзд не только составом, но и огромными размерами и яркостью. Звёзды населения III не дожили до наших дней, но, по предположению астрофизиков, входили в состав первых галактик и могут обеспечивать их невероятную яркость.

В своём исследовании авторы отмечают, что их выборка слишком мала для однозначных заявлений. Исследователи возлагают очень большие на телескоп «Джеймс Уэбб» и считают, что он способен увидеть космический рассвет и предполагаемые звёзды населения III.

В мае инженеры НАСА завершили последние тесты телескопа «Джеймс Уэбб» и готовят его к запуску со стартового комплекса Arianespace ELA-3 в Куру, который должен произойти в середине ноября этого года. В это время специалисты всё ещё пытаются починить тридцатилетний «Хаббл». 13 июня, предположительно из-за неисправности в блоке памяти компьютерной системы NSSC-1, телескоп прекратил сбор данных и перешёл в безопасный режим.

Близкая карликовая галактика оказалась похожа на галактики молодой Вселенной

Астрономы изучили близкую к Млечному Пути карликовую галактику J2229+2725 с экстремально низкой металличностью и высоким темпом образования новых звезд. Основываясь на измерениях силы спектральных линий элементов, ученые предположили, что в галактике не просто наблюдается недавняя вспышка звездообразования, но и сама она совсем молода по астрономическим меркам. По мнению астрономов, J2229+2725, по совокупности свойств, может служить наилучшим модельным объектом для изучения свойств карликовых галактик Эпохи реионизации из ранней истории Вселенной. Работа будет опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Современному этапу развития Вселенной, известному как Эра вещества, предшествовало появление первых квазаров, звезд и галактик в Эпоху реионизации, начавшуюся спустя около 200–500 миллионов лет после Большого Взрыва. Сама же Эпоха реионизации началась после Темных веков, к концу которых Вселенная уже достаточно расширилась, чтобы сильно остыть и состояла из холодных (менее 10 кельвин) облаков нейтрального газа (водорода и гелия) с редкими звездами. К концу Темных веков, с массовым появлением ярких источников света, начался сначала нагрев, а потом и постепенная ионизация (повторная, реионизация) вещества, длившиеся около 400–500 миллионов лет. Значительная доля коротковолнового излучения, вызывавшего ионизацию, поступала от первых небольших галактик с высоким темпом звездообразования. Сейчас астрономам довольно сложно напрямую изучать эти галактики, так как они расположены от нас на огромном расстоянии (около 13 миллиардов световых лет или, в величинах красного смещения, от z ≈ 5 до z ≈ 10). Изображения таких галактик, полученные даже на лучших телескопах, слабо детализированы.

Впрочем, за последнее десятилетие было открыто несколько близких галактик, которые похожи по свойствам на отдаленные и древние галактики во времена их молодости. Они маломассивны (менее 10 миллионов солнечных масс), компактны и сочетают высокий темп звездообразования с очень низкой металличностью. Такие близкие галактики могут служить хорошими модельными объектами для более полного понимания процессов в молодой Вселенной.

Астрономы из США и Украины под руководством Юрия Изотова (Yuri Izotov) из Института теоретической физики имени Боголюбова провели наблюдения близкой (z ≈ 0,08) галактики подобного типа, J2229+2725, выбранной в качестве кандидата из базы данных Слоуновского цифрового обзора неба (SDSS) версии DR16. Основные наблюдения велись на Большом бинокулярном телескопе на горе Грэхем в США в диапазоне от 320 до 1000 нанометров. Использовались спектрографы MODS1 и MODS2. Также были получены спектры на 3,5-метровом телескопе Обсерватории Апачи-Пойнт в США спектрографом DIS.

Как выяснили астрономы, J2229+2725 — галактика с чрезвычайно низкой металличностью. Содержание металлов (в астрономии — элементы тяжелее гелия) оценивалось по силе линий излучения кислорода, азота и других элементов. Мощность излучения по линии трижды ионизированного кислорода (OIII, λ = 500 нанометров) оказалась менее 1/3 от мощности по линии водорода Hβ. А по линии дважды ионизированного азота (NII, λ = 658 нанометров) излучение было слабее чем по линии Hα более чем в 100 раз. Оба этих значения весьма малы.

Ученые обнаружили также рекордно высокое значение параметра O32. который определяется через отношение силы линий излучения трех- и двукратно ионизированного кислорода (OIII, λ = 500 нанометров и OII, λ = 373 нанометра). Для известных похожих галактик параметр O32 составляет от 22 до 39, но у J2229+2725 он оказался равен 53. По мнению авторов, это говорит о том что в этой галактике компактные области звездообразования. В таком случае, с большой вероятностью, J2229+2725 — представитель галактик-излучателей коротковолнового ультрафиолета из области Лаймановского континуума (с длиной волны менее 91 нанометра). Именно такое жесткое излучение в больших количествах могли испускать древние галактики в Эпоху реионизации, вызывая ионизацию огромных масс газа (в десятки раз превосходящих собственную).

Рекордной в спектре J2229+2725, для подобных галактик, оказалась и эквивалентная ширина линии Бальмера Hβ — 57 нанометров, а соотношение масса/светимость было чрезвычайно низким (0,017 в солнечных единицах). Оба параметра указывают на недавний всплеск звездообразования и наличие большого количества горячих и очень молодых (около двух миллионов лет) массивных звезд. А присутствие в спектре значительной доли (2,1 процента от мощности по линии Hβ) излучения двукратно ионизированного гелия (HeII, λ = 469 нанометров) выдаёт наличие жёсткой ионизирующей радиации, и сильно разогретого (около 25000 кельвин) плотного газа.

Все это позволило ученым предположить, что J2229+2725 не просто испытывает недавнюю вспышку звездообразования, но и сама галактика при этом очень молода. Авторы считают, что J2229+2725, с учетом ее крайне низкой металличности и подходящих размеров, возможно, наилучший модельный объект для изучения древних компактных галактик Эпохи реионизации из всех известных.

Соотношение параметра масса/светимость и общей массы галактик. Горизонтальными линиями показаны отметки возраста для галактик, наклонными линиями - темп звездообразования (в солнечных массах в год). J2229+2725 - молодая галактика с интенсивным звездообразованием

Впрочем, хотя J2229+2725 и подобные ей галактики и могут считаться хорошими аналогами древних галактик, но лишь с известной долей приближения. Прямые наблюдения за участниками тех событий более важны.

Когда-то Вселенная была менее хаотичной, чем сейчас – астроном из США

Вселенная не является бесструктурной мешаниной космического материала. Так, астроном Лиор Шамир из Канзасского университета провели исследования 200 тысяч галактик и обнаружил, что распределение направления их движения образует совсем неслучайную картину. Ранее некоторые ученые предполагали, что молодая Вселенная в целом могла вращаться, как гигантская галактика. По словам астронома, рисунки в большом масштабе могут указывать на движение Вселенной. Спиральные галактики являются относительно «чистыми» и четко очерченными, с плоской формой диска, спиральными рукавами и вращением, которое мы можем измерить, основываясь на смещении света от боковых сторон диска. Голубой свет состоит из коротких волн и указывает на вращение до нас; красное смещено свет состоит из более длинных волн и указывает на поворот от нас. Есть только два направления, в которые галактики могут вращаться – по часовой стрелке и против. Если Вселенная изотропная или однородная во всех направлениях (согласно космологическому принципу), то должно быть достаточно равномерное распределение галактик по часовой стрелке и против – 50 на 50. Однако Шамир заметил нечто странное: раскол 51 на 49 с преимуществом галактик, которые двигались по часовой стрелке.

 По его словам, вероятность такой асимметрии в изотропной Вселенной составляет не менее одного миллиарда. Впрочем, сама асимметрия не является равномерной. Ближе к Земле она становится менее заметной. Астроном считает, что эти результаты могут свидетельствовать, что молодая Вселенная была менее хаотичной, чем сейчас, и что согласованность со временем уменьшается. Кроме того, можно предположить, что Вселенная вращается не вокруг одной оси, а вокруг четырех в сложном выравнивании.

Телескопу "Хаббл" 30 лет: самые известные снимки исследователя космоса

Свет далеких космических объектов - исполинских туманностей, сталкивающихся галактик, умирающих звезд - которые видит "Хаббл", слишком интенсивен либо же, наоборот, слишком тускл для слабого человеческого глаза. Космическому телескопу "Хаббл" исполняется 30 лет. 24 апреля 1990 года шаттл "Дискавери" доставил телескоп на орбиту - с тех пор "Хаббл" смотрит в глубины вселенной и присылает на Землю фотографии увиденного. Но механическое око телескопа видит не то, что в итоге увидим мы - за захватывающими дух изображениями стоят люди. Над этим работает целая команда ученых из Института исследований космоса при помощи космического телескопа (Space Telescope Science Institute - STScI) в Балтиморе и астрономы-любители по всему миру. Их задача - расшифровать собранные "Хабблом" и спрятанные в его черно-белых, зернистых снимках астрономические данные, передает Би-би-си. И перевести их на визуальный язык, понятный 12-летнему школьнику, увидевшему картинку в учебнике. Иными словами, цветные изображения галактик и звезд создают люди, а не сам "Хаббл". Но это не просто "раскрашивание" черно-белых снимков в "Фотошопе". За каждым цветом и оттенком в сияниях небесных тел на снимках "Хаббла" стоит наука и строгий свод правил, а еще - игра воображения и множество оригинальных творческих решений. От результатов этой работы зависит то, каким человечество увидит Вселенную, в которой живет, и себя в ней. 

В NASA датой "зачатия" "Хаббла" называют 1946 год - тогда вышла первая научная статья принстонского астрофизика Лаймана Спитцера о преимуществах запуска большого телескопа в космос, вне беспокойной земной атмосферы. Первая рабочая группа из астрофизиков и инженеров собралась спустя три десятилетия, в 1977 году, чтобы обсудить создание Большого космического телескопа. Его спустя несколько лет переименуют в честь американского астронома Эдвина Хаббла, доказавшего, что за пределами нашей галактики существуют другие галактики, с растущей скоростью отдаляющиеся от Млечного пути. Это открытие открыло дорогу исследованиям далекого космоса.

Но столь долгие годы между замыслом и воплощением прошли не зря. Как говорит глава новостной службы STScI, астроном Рэй Виллард, работающий над этим проектом более 30 лет, появление на свет "Хаббла" было "идеальным штормом": телескоп мог увидеть космические объекты с небывалой ранее четкостью, ученые - рассмотреть их в цвете. А интернет дал возможность мгновенно показать эти изображения всему человечеству. В этом, утверждает Виллард, и заключалась "революция Хаббла".

20 мая 1990 года, спустя менее чем месяц после запуска на орбиту, "Хаббл" отправил на Землю "первый свет" - свой первый снимок, сделанный при настраивании фокуса телескопа. Эта фотография оказалась на 50% более резкой, чем снимки наземных телескопов (правда, вскоре выяснилось, что у главного зеркала "Хаббла" был дефект, делающий изображения слегка размытыми - но его исправили). В августе того же года "Хаббл" сделал одно из своих первых открытий, запечатлев светящееся эллиптическое газовое кольцо диаметром в 1,3 световых года вокруг центра взрыва сверхновой звезды 1987А на окраине туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Это было первое из тысяч чудес, которые человечество увидит благодаря телескопу - каждое из последующих все более четкое, все более детальное.

Многие из этих изображений, как, к примеру, снимки "Столпов Творения" или туманности "Конской Головы", станут культовыми, и будут воспроизводиться в миллионах копий на футболках, чашках и чехлах для смартфонов.

"Хаббл" заново открыл Вселенную именно благодаря своим невероятным изображениям и их доступности, - говорит Рэй Виллард. - Они выходят за рамки науки, они рассказывают о чудесах Вселенной, не вдаваясь во все мельчайшие факты науки.

 "Люди часто спрашивают [о фотографиях "Хаббла"]: так ли это выглядит на самом деле? - говорит Рэй Виллард. - Но это бессмысленный вопрос. Речь идет об огромном диапазоне яркости и цветах, невидимых человеческому глазу. Даже если подлететь близко к этим объектам, вы не увидите никакого цвета, потому что он будет простираться везде вокруг вас". 

Свет далеких космических объектов - исполинских туманностей, сталкивающихся галактик, умирающих звезд - которые видит "Хаббл", слишком интенсивен либо же, наоборот, слишком тускл для слабого человеческого глаза. Поэтому наблюдая в телескоп с Земли или даже в иллюминатор с космического корабля, мы увидим в лучшем случае лишь неясные отпечатки этих катастроф. 

Создание "подлинного" цветного изображения из астрономических данных - столь же искусство, сколь и наука, считают в STScI. По словам Вилларда, задача ученых, работающих с данными "Хаббла", - как и задача любого фотографа - "уловить сущность объекта". Суметь соединить научный факт с эстетическим наслаждением. Часто для этого нужно усилить тот или иной цвет, выделить оттенок, подчеркнуть контраст.

Виллард сравнивает снимки галактик "Хаббла" со снимками Большого каньона американского фотографа Энсела Адамса. "Большой каньон - невероятная геологическая форма. Я не могу сделать ничего такого в "Фотошопе", чтобы Большой каньон выглядел лучше. Он таков, какой он есть. Но я могу использовать фотографию и "Фотошоп", чтобы попытаться выделить все его потрясающие детали, рассказывающие его историю", - объясняет он подход к обработке космических снимков.

 Каждый из миллионов исходников "Хаббла" - черно-белый. Собрать из них цветные изображения удается благодаря красным, зеленым и синим фильтрам, через которые пропускаются эти снимки и которые повторяют три вида светочувствительных клеток на нашей сетчатке. Выбор нужного фильтра или их комбинации остается за исследователями, и он может быть довольно простым - или же очень сложным.

 Цвет объекта зависит от того, как он излучает или же поглощает свет. Так, планеты поглощают волны света своих звезд одной длины и отражают - другой: синие оттенки Нептуна и Урана связаны с метаном в их атмосфере, поглощающим красный свет. Туманности могут иметь очень насыщенный и яркий цвет, так как они излучают свет лишь определенной длины волн, сияя светящимися, словно неоновые лампы, тучами газов - водорода, кислорода, азота.

Галактика NGC 3147 в созвездии Дракон. Снимок 2019 года

Цвет звезды, напротив, будет довольно ненасыщенным, колеблющимся в пастельных тонах, ведь звезды излучают невероятное количество света во всем видимом диапазоне, стимулируя все светочувствительные клетки на нашей сетчатке. Но это - простые задачи. А каким цветом обозначить невидимые человеку световые волны инфракрасного или ультрафиолетового излучения, которое видит "Хаббл"? Или показать различие в уровнях яркости так, чтобы оно было заметно и научно обоснованно одновременно? В таких случаях ученым приходится прибегать к помощи ложных цветов, то есть применять цветовые решения там, где их нет, или же где они не несут никакого смысла - для того, чтобы подчеркнуть незаметный контраст между светом и тенью или различия в разных частях сложного космического объекта. Человеческому глазу легче различить разницу в оттенках цвета, чем в оттенках серого, объясняет Виллард.

 Кроме того, динамический диапазон - разница между светом и тенью - самой тусклой туманности - миллион к одному. Динамический диапазон студийного портрета - 3:1, чернила на бумаге могут отобразить, в лучшем случае, 20:1. Чтобы решить эту задачу и выровнять контраст, ученым нужно обработать яркие, средние и темные элементы снимка до того, как приступить к раскрашиванию.

Юбилейный снимок "Хаббла" — "Космический Риф", запечатлевший большую красную туманность NGC 2014 и ее синюю соседку поменьше NGC 2020 в Большом Магеллановом Облаке

Все эти элементы - свет, цвет и тень - сплетаются вместе в одно полотно через множество слоев в обычном "Фотошопе". Слой за слоем убираются радиационные шумы, обрезаются слишком яркие пиксели, сглаживаются гистограммы. Но даже с "Фотошопом" обработка одного изображения "Хаббла" может занимать несколько недель. "Мы обращаем огромное внимание на разные камеры, разные фильтры и разные выдержки. 

Мы прилагаем большие усилия, чтобы создать изображение, которое будет эстетичным и информативным одновременно. Которое расскажет вам о Вселенной что-то новое, о чем вы раньше даже не могли подумать", - описывает работу своей команды Виллард. 

Интересно, что если обработка снимка может занимать недели, то придумывание названия для космического объекта - порой всего полчаса. Именно столько времени понадобилось, чтобы придумать название "Тень летучей мыши" - огромной тени, которую отбрасывает звезда HBC 672, вспоминает Виллард.

Астрофизики поставили под сомнение основной закон Вселенной

Исследование, основанное на данных космических телескопов "Чандра" и XMM-Newton, показало, что Вселенная расширяется неравномерно во всех направлениях. Результаты подготовлены для публикации в журнале Astronomy and Astrophysics и доступны на сайте препринтов arXiv.org. Считается, что после Большого взрыва космос постоянно расширяется, а Вселенная, если смотреть на большие расстояния, в целом изотропна, то есть одинакова во всех направлениях. Однако новое исследование ставит под сомнение это фундаментальное свойство Вселенной. Астрофизики из США и Германии проанализировали данные космической рентгеновской обсерватории "Чандра" НАСА и космического рентгеновского телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства, полученные при наблюдении галактических кластеров — огромных скоплений галактик, удерживаемых вместе гравитацией. Эти самые большие структуры во Вселенной используются учеными для измерения ее важнейших параметров. Более ранние измерения, основанные на оптических наблюдениях взорвавшихся звезд и инфракрасных исследованиях галактик, не давали однозначного ответа на вопрос об изотропности Вселенной. В новом исследовании ученые сосредоточились на анализе рентгеновских данных.

В ходе анализа авторы обнаружили, что рентгеновские данные, полученные при наблюдении сотен галактических кластеров, существенно различаются в зависимости от способа наблюдения. "Основываясь на наших кластерных наблюдениях, мы нашли различия в скорости расширения Вселенной в зависимости от того, как мы на нее смотрим, — приводятся в пресс-релизе НАСА слова одного из авторов исследования Геррита Шелленбергера (Gerrit Schellenberger) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже (штат Массачусетс, США). — Это противоречит одному из основных предположений, которые мы используем сегодня в космологии".

Метод, который использовали ученые, основан на связи между температурой горячего газа, проникающего в галактический кластер, и количеством рентгеновских лучей, которые он производит — рентгеновской светимостью кластера. В целом, чем выше температура газа в кластере, тем выше яркость рентгеновского излучения. Эта зависимость не обусловлена космологическими величинами, в том числе скоростью расширения Вселенной.

После того как авторы оценили яркость рентгеновских лучей галактических кластеров, используя эту технику, они сравнили их значения с рентгеновской яркостью, полученной с помощью другого метода, уже зависящего от скорости расширения Вселенной. Результаты позволили рассчитать скорости расширения по всему небу и оказалось, что в разных направлениях по отношению к нам Вселенная расширяется по-разному.
Исследователи предложили два возможных объяснения. Первое — то, что большие группы скоплений галактик могут двигаться вместе, но не из-за космического расширения, а под действием сил гравитации. Если движение достаточно быстрое, это может привести к ошибкам в оценке светимости каждого из кластеров.

Второе возможное объяснение состоит в том, что Вселенная на самом деле неодинакова в разных направлениях в силу того, что неоднородна темная энергия — таинственная сила, которая определяет расширение Вселенной.

"Было бы замечательно, если бы мы могли обнаружить, что темная энергия имеет разные значения в разных частях Вселенной, — говорит еще один автор исследования Томас Рейприх (Thomas Reiprich) из Боннского университета в Германии. — Однако для исключения других объяснений потребуется гораздо больше убедительных аргументов".

Любое из этих двух объяснений будет иметь значительные последствия для астрофизики. Многие исследования в области космологии, включая рентгеновские исследования скоплений галактик, предполагают, что Вселенная изотропна и что взаимозависимые движения на больших расстояниях пренебрежимо малы по сравнению с космическим расширением. Теперь же все эти результаты ставятся под сомнение.

Вселенная с вероятностью 99,8% не бесконечно плоская, а является замкнутой

Все предыдущие представления о форме Вселенной, вероятно, оказались ошибочными. Согласно новому исследованию ученых из Римского университета Ла Сапиенца при помощи космической обсерватории "Планка", вместо плоской формы, как ее представляли физики-теоретики, наша Вселенная может быть выпуклой, как массивный раздутый воздушный шар, у которого, неожиданно, есть граница. В журнале Nature Astronomy появилась научная работа, которая выдвигает смелую теорию о новой форме Вселенной. Авторы исследования заново рассмотрели данные измерения космического микроволнового фона (КМФ) – слабого эха Большого взрыва – и пришли к выводу, что Вселенная с вероятностью 99,8% не бесконечно плоская, а является замкнутой, а значит конечной. Однако это смелое заявление ученых противоречит былым гипотезам, которых придерживались великие умы теоретической физики и космологии. Если авторы правы, то пространство-время Вселенной искривлено и замкнуто в своеобразную петлю. Это можно представить так: если достаточно долго лететь по прямой, то в результате можно вернуться в точку старта. Космологи называют эту идею "замкнутой Вселенной". Причем новая теория не противоречит известному явлению расширения Вселенной. Различие между замкнутой и плоской Вселенной похоже на различие между растянутым плоским листом и надутым воздушным шаром, объясняет автор исследования Алессандро Мельхиорри из Римского университета Ла Сапиенца.

Когда лист расширяется, каждая точка отходит от любой другой точки на прямой линии. Когда воздушный шар надувается, каждая точка на его поверхности также удаляется от любой другой, но кривизна воздушного шара делает геометрию этого движения более сложной. В плоской Вселенной параллельные линии никогда не пересекутся, а в замкнутой – линии в конечном итоге встретятся сами с собой.

Из данных обсерватории "Планка" также выяснилось, что фоновое микроволновое излучение подвержено значительно более сильному гравитационному линзированию, чем предполагают существующие теории. Для объяснения этого избыточного гравитационного линзирования команда ученых ввела в модель формирования Вселенной новый параметр A_lens, которого нет в Общей теории относительности. И одной из интерпретаций этого нового параметра как раз является положительная кривизна пространства-времени.

Подавление формирования звезд активно происходило и в ранней Вселенной

Массивные скопления галактик, некоторые из которых имеют массу свыше 100 масс Млечного пути, были обнаружены во Вселенной уже спустя всего лишь три миллиарда лет после Большого взрыва. Непрерывно протекающие в них процессы формирования звезд делают их достаточно яркими для обнаружения с таких больших расстояний. Существование таких скоплений галактик было предсказано при моделировании космологической эволюции, однако их свойства имеют большую неопределенность. Астрономы, изучающие эволюцию звезд во Вселенной, проявляют особый интерес к этим скоплениям галактик из-за обилия в них звезд и высокой активности. Звездообразование является неустойчивым процессом. На него могут оказывать влияние как внешние процессы, такие как столкновение с другой галактикой, так и внутренние, например, формирование молодыми массивными звездами звездных ветров и сверхновых, которые расталкивают облака молекулярного газа и снижают скорость звездообразования. Вместе с джетами активных сверхмассивных черных дыр эти звездные ветра и сверхновые могут даже привести к прекращению формирования звезд в галактике – ее затуханию. В новом исследовании астрономы из научной команды телескопа South Pole Telescope (SPT) открыли и изучили несколько массивных скоплений галактик ранней Вселенной, существовавших через 4,5 миллиарда лет после Большого взрыва. 

Исследование показало, что даже в эту раннюю эпоху, когда во всей Вселенной зажигались новые звезды, в галактиках, расположенных в центральных областях массивных скоплений галактик, звездообразование было подавлено.

Работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics; главный автор В. Страццулло (V. Strazzullo).

256 ТЫСЯЧ ГАЛАКТИК: NASA опубликовало детальные изображения ВСЕЛЕННОЙ

Американское космическое агентство NASA объединило тысячи снимков Hubble и создало наиболее детализированное сегодня изображение Вселенной. Об этом говорится на сайте NASA. Сообщается, что изображение Вселенной содержит более 256 000 галактик, в том числе одни из самых старых, возраст которых 13,3 миллиарда лет. Новое изображение включает в себя почти 7,5 тысячи снимков c телескопа Hubble, полученных за 16 лет его работы. "Ни одно изображение не превысит это, пока не будут запущены космические телескопы, такие как" Джеймс Уэбб ". Мы собрали эту мозаику как инструмент, который будет использоваться нами и другими астрономами", - отметил Гарт Иллингворт из Калифорнийского университета (США), руководитель группы , которая подготовила изображения. Отмечается, что изображение показывает всего полградуса ночного неба. Примерно столько же пространства занимает полная Луна на небе. Также команда работает над другим набором изображений - общим объемом более 5200 снимков с Hubble, но в другой области неба. В будущем астрономы надеются составить фотографии Вселенной в инфракрасном и рентгеновском диапазонах с помощью двух других крупных обсерваторий NASA - космического телескопа "Спитцер" и рентгеновской обсерватории "Чандра".

                                     

Кроме того, готовится к запуску космический телескоп NASA "Джеймс Вебб", который позволит получить еще более детализированные снимки Вселенной в разных волновых диапазонах.

Первая молекула во Вселенной наконец обнаружена в космосе

В ранние годы нашей Вселенной, более чем 13 миллиардов лет назад, она была наполнена атомами всего лишь трех химических элементов. Звезды начали формироваться лишь спустя 100 миллионов лет. Однако не позже, чем через 100000 лет после Большого взрыва, во Вселенной появилась самая первая молекула, невероятное соединение гелия и положительно заряженного водорода в структуре, известной как гелий-гидрид ион (HeH+). «Химия тогда только начиналась», - сказал Дэвид Ньюфельд (David Neufeld), профессор Университета Джона Хопкинса, США, и один из авторов новой научной работы, в которой описывается обнаружение в космосе этой «неуловимой» молекулы. «Формирование молекулы HeH+ имеет примерно такое же значение для эволюции химических процессов во Вселенной, какое имеет для жизни на Земле переход от одноклеточных форм к многоклеточным организмам», - сказал он представителям информационного агентства Франс Пресс. Теоретические модели уже давно предсказывали существование молекулы HeH+, а кроме того, эта молекула была синтезирована в лаборатории и подробно изучалась, начиная еще с 1925 г. Однако обнаружение молекулы HeH+ в естественных условиях до сих пор ни разу не было осуществлено.

Проблема с обнаружением этой молекулы состоит в том, что испускаемые ею электромагнитные волны лежат в дальнем ИК-диапазоне, что затрудняет их наблюдения с поверхности Земли – поскольку атмосфера нашей планеты поглощает эти волны. Поэтому в новой работе Ньюфелд и его коллеги использовали для наблюдений самолетную обсерваторию НАСА SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), которая позволила устранить около 85 процентов «атмосферного шума». Исследователи знали, что гелий-гидрид ион следует искать в окрестностях умирающих звезд, подобных Солнцу, которые называют планетарными туманностями, поэтому объектом этих наблюдений стала планетарная туманность NGC 7027, находящаяся на расстоянии примерно 3000 световых лет от нас. Данные, полученные в результате трех полетов обсерватории SOFIA, выполненных в мае 2016 г., позволили исследователям однозначно установить присутствие молекулы HeH+ в окрестностях наблюдаемой планетарной туманности.

Ученым удалось выяснить, что было до Большого взрыва

"В мире нет ничего южнее Южного полюса - так же и до большого взрыва не было ничего", - об этом незадолго до смерти заявил Стивен Хоккинг в интервью с Нилом де Грасс Тайсоном сравнивая пространственно-временные измерения Большого взрыва с Южным полюсом. Однако, команда физиков предложила новую теорию того, как был устроен мир до Большого взрыва. По их мнению, наша Вселенная соединяется со своей зеркальной копией, где время идет задом наперед. Передает Волна. Некоторые физики утверждают, что существует нечто большее, чем пресловутый Большой взрыв. Другие предполагают, что "по ту сторону" этого события находится зеркальный Вселенная, где время движется в обратную сторону. Третьи высказываются в пользу гипотезы Вселенной "восстанавливается". Используя несколько иной подход, физики Тим А. Кословскы, ​​Флавио Меркато и Дэвид Слоан придумали совершенно новую модель.

Суть такова: в свое время физики обнаружили множество античастиц - антинейтрино, антипротонов, антигелий и так далее. Они задались закономерным вопросом: что было бы, если бы Вселенная состояла из части из антивещества? Как выглядел бы мир, звезды, планеты, живые существа?

Если просто подменить материю антиматерией в уравнениях, то никакого внятного результата не будет (хотя бы потому, что эти уравнения были созданы в рамках привычного нам Вселенной). Поэтому был разработан концепт "зеркального" мира, где все частицы будут вести себя как зеркальные копии самих себя. Полная инверсия.

В 1964 году Джеймс Кронин и Вэл Фитч даже получили Нобелевскую премию за эксперимент, доказывающий, что в таких условиях законы Вселенной работать не будут.

Как поведет себя в в таком случае время - тоже непонятно. Новая же модель не опровергает теорию относительности. Ее основа - так называемая "точка Януса", или янус-поинт. Она была названа в честь римского двуликого бога. Трудно сказать, что она представляет собой (и существует) физическом смысле.

Однако физики предположили, что при перемотке времени назад Вселенная сначала сольется в двухмерный "блин", а затем снова разворачивается в трехмерную структуру - только зеркально отраженную.

Почему это важно? С развитием прикладного использования физики и в частности квантовых технологий ученым необходимы модели, которые, например, могли бы достоверно объяснить такое явление, как сингулярность. Точка Януса также хорошая тем, что с ее помощью можно понять, откуда в нашей Вселенной берется антивещество и спрогнозировать ее дальнейшую динамику.

Открыт самый крупный и тяжелый объект ранней Вселенной

Огромные «семьи» галактик, включавшие в себя тысячи аналогов Млечного Пути, существовали во Вселенной уже через два миллиарда после Большого Взрыва. Это в очередной раз ставит под сомнение текущие космологические теории, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics. «Нам впервые удалось открыть столь большое скопление, расположенное на столь большом расстоянии от нас. Все известные объекты такого рода расположены в более «современной» части Вселенной, где у них было достаточно времени для набора массы и эволюции. Поэтому открытие «Гипериона» стало большим сюрпризом для нас», — рассказывает Ольга Куччати (Olga Cucciati) из Национального астрофизического института Италии в Болонье. Первые галактики, как считают ученые, появились в результате прямого гравитационного коллапса гигантских облаков газа. Эти скопления газа, в свою очередь, возникли из-за небольших неравномерностей в распределении материи, порожденных гравитационным «эхом» процесса сверхбыстрого расширения мироздания после Большого Взрыва. Часть этих облаков превратились в одиночные галактики, а другие, более крупные, стали родоначальниками десятков и сотен «звездных мегаполисов», объединенных в скопления и суперскопления. Еще в конце прошлого века астрономы-теоретики предположили, что первые галактики, возникшие в первый миллиард лет существования Вселенной, должны были отличаться небольшими размерами и массой.

В последние годы, как отмечает Куччати, эти теории стали подвергать сомнению – «Хаббл», ALMA и другие мощнейшие телескопы постоянно открывают все более древние и крупные галактики, существовавшие практически в то же время, когда возникли первые звезды, а Вселенная стала полностью прозрачной и доступной для наблюдений.

Кучатти и ее команда открыли еще одно подтверждение того, что текущие представления об эволюции ранней Вселенной не соответствуют действительности, наблюдая за примерно десятью тысячами древних галактик, сопоставимых по размерам с Млечным Путем и существовавших в первые два миллиарда лет после Большого Взрыва.

Проводя своеобразную «перепись» подобных объектов, ученые надеялись понять, как эволюционировали первые «звездные мегаполисы» Вселенной и в каких условиях они могли возникнуть.

Этот анализ неожиданным образом показал, что весомая часть этих галактик, около тысячи из них, была сосредоточена в относительно небольшом сегменте созвездия Секстанта. Вычислив расстояния и проанализировав манеру их движения, астрофизики поняли, что все эти они объединены в гигантское скопление, которое ученые временно назвали «Гиперионом». Его общая масса, как показали дальнейшие наблюдения, составляет примерно 270 триллионов солнечных масс, что сопоставимо с крупнейшими гигантскими скоплениями галактик, расположенными неподалеку от Земли. При этом, несмотря на схожую массу и размеры, «Гиперион» заметно отличается по своему облику от современных скоплений.

К примеру, современные группы галактик имеют более «ветвистую» и неоднородную структуру, что совершенно не характерно для самой крупной структуры юной Вселенной, открытой Кучатти и ее коллегами. С чем это связано, ученые пока не знают, но планируют выяснить в ближайшее время, наблюдая за «Гиперионом» при помощи наземных и орбитальных телескопов.

Галактики, падающие на скопление, демонстрируют живописный "хвост"

Астрономы при помощи космического рентгеновского телескопа НАСА Chandra ("Чандра") запечатлели гигантский "хвост" горячего газа, протянувшийся более чем на один миллион световых лет со стороны группы галактик, падающей в глубины большего по размерам скопления галактик. Подобные открытия позволяют астрономам глубже понять обстановку и условия, в которых происходила эволюция крупнейших структур Вселенной. Скопления галактик являются крупнейшими структурами во Вселенной, связанными гравитационно. И хотя скопления могут содержать сотни и даже тысячи галактик, львиная доля массы скопления приходится на горячий газ, который испускает рентгеновские лучи, и невидимую темную материю. Но как эти космические гиганты могли вырасти до таких размеров? На этом новом снимке показан один из механизмов: захват галактик действием экстремально мощной гравитации скопления галактик. На расположенном слева изображении представлен общий вид скопления галактик под названием Абель 2142. Это скопление содержит сотни галактик, окруженных горячим газом с температурой в несколько миллионов градусов Цельсия, который наблюдался при помощи обсерватории Chandra (фиолетовый цвет). Центр скопления Абель 2142 расположен в центре этого облака фиолетового излучения, в нижней части этого изображения. Здесь показан только горячий газ, поскольку менее горячий газ, расположенный дальше от середины скопления, не обнаруживается как "фиолетовое излучение". 

На этом комбинированном снимке данные, собранный при помощи "Чандры", объединены с оптическими данными, собранными при помощи Слоуновского цифрового обзора неба и представленными в красном, зеленом и голубом цветах.

Яркий рентгеновский "хвост", расположенный в верхнем левом углу левого изображения, направлен в сторону скопления галактик Абель 2142. На правом изображении этот "хвост" представлен крупным планом. Основная часть хвоста является упорядоченной, поскольку газ этой группы галактик "защищают" от разрывов под действием гравитации скопления магнитные поля; и только ближе к верхней его части "хвост" становится неправильным по форме и клочковатым - это зона турбулентности.

Нижняя часть "хвоста" светится ярче, чем его верхняя часть. Согласно астрономам, это может быть связано с яркими активными ядрами галактик группы, расположенных в ее "нижней" части.

Поиски темной материи в самых крохотных галактиках Вселенной

Астрофизики из Сиднейского университета, Австралия, и Эдинбургского университета, Шотландия, разработали новый метод измерения количества темной материи в центрах крохотных, «карликовых галактик». Темная материя составляет большую часть массы Вселенной, однако ее до сих пор ни разу не удалось наблюдать напрямую. В зависимости от ее свойств темная материя может быть или плотно сконцентрирована в центрах галактик или более равномерно распределена по относительно большим областям пространства. Сравнивая распределение темной материи в галактиках с подробными математическими моделями, исследователи могут проверить работоспособность той или иной гипотезы относительно природы темной материи. Самые строгие ограничения на свойства темной материи могут быть наложены при изучении самых небольших галактик во Вселенной, карликовых галактик. Самые крохотные из них могут содержать всего лишь по несколько тысяч или десятков тысяч звезд – так называемые «сверхтусклые» галактики. Такие мини-галактики, обнаруживаемые, например, вокруг Млечного пути, почти целиком состоят из темной материи. Однако при попытке выяснить распределение темной материи в таких галактиках ученые сталкиваются с трудностями, поскольку в них содержится очень мало газа и звезд – слишком мало для проведения требуемых измерений.

В новой работе ученые во главе с Филиппо Контента (Filippo Contenta) смогли преодолеть эту трудность, использовав новый метод расчета распределения темной материи в карликовых галактиках, основанный на измерении скорости расширения плотных скоплений звезд, расположенных близ центра галактики. Команда применила разработанный ею метод к недавно открытой сверхтусклой галактике Эридан II и обнаружила в центре этой галактики намного меньше темной материи, чем предсказывалось многими моделями.

Космический телескоп «Хаббл» уточняет данные о расширении Вселенной

Астрономы использовали космический телескоп НАСА Hubble («Хаббл») для проведения наиболее точных измерений скорости расширения Вселенной с тех пор, как она была впервые рассчитана примерно столетие назад. Эти результаты могут указывать на протекание во Вселенной весьма необычных процессов.Такое предположение связано с тем, что последние находки «Хаббла» подтверждают расхождение в данных, указывающее на то, что Вселенная расширяется быстрее, чем ожидалось, исходя из ее траектории, наблюдаемой вскоре после Большого взрыва. Исследователи считают, что для объяснения этого несоответствия может понадобиться новая физика. «Научное сообщество сейчас пытается понять значение этого расхождения», - сказал главный автор нового исследования и нобелевский лауреат Адам Рисс из Института исследований космоса с помощью космического телескопа и Университета Джона Хопкинса, оба научных учреждения США.

Команда Рисса использовала космический телескоп Hubble на протяжении шести последних лет для уточнения расстояний до галактик, используя для определения расстояний звезды, принадлежащие соответствующим галактикам. Эти измерения используются для расчетов скорости расширения Вселенной с течением времени, давая значение, известное как константа Хаббла. Новое исследование, проведенное этой командой, увеличивает число проанализированных звезд, включая звезды, находящиеся до 10 раз дальше от нас, если сравнивать с предыдущими результатами, полученными при помощи телескопа «Хаббл».

Составлено по материалам, предоставленным Центром космических полетов Годдарда НАСА.

Ученые из России раскрыли секреты первых «кирпичиков жизни» Вселенной

Химики из МГУ выяснили, как космические лучи и другие формы ионизирующего излучения могли менять химическую структуру примитивных молекул органики, возникших во Вселенной в первые мгновения ее существования, говорится в статье, опубликованной в журнале Radiation Physics and Chemistry. "Следующим шагом на пути к пониманию процессов, происходящих в межзвездном пространстве, будет изучение химии более сложных льдов, содержащих другие астрохимически важные соединения. В конечном итоге исследования такого рода могут пролить свет на процессы внеземной эволюции вещества, предшествовавшей появлению жизни", — рассказывает Анастасия Волосатова, сотрудник химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. В первые эпохи жизни Вселенной светила почти полностью состояли из водорода и гелия — все остальные элементы, включая углерод, азот и кислород возникли в их недрах и были затем разбросаны по галактикам в ходе взрывов сверхновых. Последующие поколения звезд породили еще большую массу астрономических "металлов" — элементов тяжелее водорода и гелия.

Небольшое количество этих "металлов" в ранней Вселенной заставляет многих ученых считать, что жизнь в первые эпохи ее существования просто не могла возникнуть, в том числе и потому, что планеты, необходимые для ее зарождения, просто не могли родиться из-за элементарной нехватки стройматериалов. Кроме того, низкие концентрации "металлов" могли мешать формированию первых сложных органических молекул, из которых сегодня состоит жизнь.

Волосатова и ее коллеги раскрыли один из возможных путей их формирования, наблюдая за тем, как простейшая органическая молекула — ацетонитрил, соединение метана и азота, меняется под действием космических лучей и радиации.

Для проведения подобных опытов российские химики создали специальную камеру, в которой поддерживались "космические" условия — низкие температуры, высокий уровень радиации и почти полный вакуум. В эту камеры ученые вводили кусочки различных замороженных благородных газов — неона, ксенона, аргона или криптона, в которых содержались вкрапления органики, и наблюдали за тем, как менялся их состав.

Эти опыты раскрыли необычный эффект — химический состав льда, предположительно не участвующего в подобных реакциях, сильно влиял на то, как космические лучи трансформировали ацетонитрил. К примеру, в неоновом льду возникало большое количество молекул изонитрила метана, соединения азота, углерода и молекулы метана, а в неоновой среде — большие количества кетенемина (CH2CNH), чьи молекулы уже находили в космосе.

Наблюдения за более сложными реакциями, которые российские исследователи планируют провести в ближайшим будущем, покажут, будет ли окружающая среда и состав зерен льда и пыли, в которых обычно находится "космическая" органика, так же сильно влиять на ее эволюцию, как на превращения ацетонитрила. Ответ на этот вопрос, как отмечают ученые, крайне важен для понимания того, как возникли "кирпичики жизни" на Земле и в какой среде они появились.

Открыты самые обширные магнитные поля во Вселенной

Немецкие астрономы при помощи 100-метрового Эффельсбергского радиотелескопа наблюдали несколько скоплений галактик. У границ этих гигантских скоплений темной материи, звездных систем (включая галактики), горячего газа и заряженных частиц исследователи обнаружили магнитные поля, демонстрирующие исключительную упорядоченность на расстояниях порядка многих миллионов световых лет. Это делает обнаруженные магнитные поля самыми обширными из структур такого рода во Вселенной, известных ученым. Скопления галактик являются крупнейшими гравитационно связанными структурами во Вселенной. Столкновения между скоплениями галактик приводят к ударному сжатию горячего газа, наполняющего скопления галактик, а также их магнитных полей.

Результирующие дугообразные структуры, называются реликтами (relics) и выделяются своим радио- и рентгеновским излучением. С момента их первого открытия, пришедшегося на 1970 г., и до настоящего времени эти структуры были обнаружены примерно в 70 скоплениях галактик, однако на самом деле их может быть намного больше, считают ученые. Реликты указывают на гигантские газовые потоки, которые непрерывно формируют структуру Вселенной.

Радиоволны являются характерными признаками реликтов. Сжатие магнитных полей приводит к упорядочению силовых линий, что также оказывает влияние на излучаемые радиоволны. Если говорить точнее, излучение становится линейно поляризованным.

Линейно поляризованное излучение, идущее со стороны реликтов, было обнаружено в новом исследовании в четырех из наблюдаемых скоплений галактик; в одном из этих скоплений реликты были обнаружены впервые. «Мы открыли самые обширные из известных на сегодняшний день упорядоченных магнитных полей Вселенной, простирающиеся на расстояние порядка 5-6 миллионов световых лет», - сказала Майя Кьердорф (Maja Kierdorf) из Радиоастрономического института Макса Планка, Германия, главный автор нового исследования, главный автор нового исследования.

Создано 3D-видео, в котором сравнили все объекты Вселенной

В сети сравнили все объекты Вселенной и показали в 3D-видео, в котором продемонстрировали, насколько маленькими и огромными могут быть планеты, звезды, системы, черные дыры, туманности, галактики и так далее. Соответствующий ролик опубликован в YouTube на канале Reigarw Comparisons.

«Мы потратили более тысячи часов, делая этот ролик в течение шести месяцев и надеемся, что он стоит затраченных усилий. Это может быть наш последний ролик о сравнении по размеру, поскольку мы сравнили практически все», — сообщают создатели ролика в комментариях под видео.

Число галактик во Вселенной «выросло» до двух триллионов

Международный коллектив астрофизиков выяснил, что Вселенная содержит как минимум два триллиона галактик — в десять раз больше, чем считалось ранее. Статья об этом принята к публикации в журнале Astrophysical Journal, а пока с ее текстом можно ознакомиться на сайте препринтов arXiv. В последние 20 лет, опираясь на полученные космическим телескопом Hubble изображения, ученые оценили число галактик в 100-200 миллиардов. Кристофер Конселайс из Ноттингемского университета 15 лет реализовывал другой метод: вместе с коллегами полученные телескопами со всего мира карандашные диаграммы он преобразовывал в трехмерные карты. Этот способ позволил ученым рассчитать плотность галактик и «объем» каждого из участков видимого космоса.

Далее, сравнив количество наблюдаемых галактик на разных этапах развития Вселенной, ученые пришли к выводу, что раньше их было гораздо больше. «За 13,7 миллиарда лет эволюции космоса галактики постоянно увеличивались благодаря звездообразованию и слиянию с другими галактиками», — отмечает Конселайс.

«Хаббл» помогает составлять «дорожную карту» для движения зондов «Вояджер»

Два космических аппарата миссии «Вояджер» (Voyager) НАСА движутся по неизведанным просторам космоса в направлении выхода из Солнечной системы. По пути аппараты производят измерения параметров межзвездной среды, таинственной субстанции, заполняющей пространство между звездами. Космический телескоп НАСА «Хаббл» помогает составить «дорожную карту» для этих зондов – измеряя параметры материала, лежащего на их пути. Предварительный анализ данных наблюдений, проведенных при помощи «Хаббла», обнаруживает богатую, сложную композицию межзвездной среды, содержащей множественные облака водорода, в которых отмечается присутствие и других элементов.

«Очень большое значение имеет возможность сравнения данных измерений in situ, выполняемых при помощи зондов «Вояджер», и телескопических измерений, проводимых при помощи космического телескопа «Хаббл», - сказал главный автор нового исследования Сет Редфилд (Seth Redfield) из Уэслианского университета, США.

НАСА запустило в космос зонды-близнецы «Вояджер» в 1977 г. Оба аппарата пролетели мимо далеких планет Солнечной системы Юпитера и Сатурна. Зонд «Вояджер-2» пролетел также рядом с Ураном и Нептуном. Оба зонда в настоящее время находятся на связи с Землей и движутся в направлении выхода из Солнечной системы.

Из недавних находок, сделанных при помощи «Хаббла» в рамках направления использования космического телескопа в качестве вспомогательного средства наблюдений для миссии «Вояджер», стоит отметить обнаружение двух следующих фактов: нахождения зонда «Вояджер-2» внутри облака межзвездного вещества, окружающего Солнечную систему, а также прохождения Солнцем сквозь облако межзвездного материала с повышенной плотностью в галактических окрестностях Солнечной системы.